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1、板根底学问、布局原那么、布线技巧、设计规那么 板根底学问 一、 板的元素 、 工作层面 对于印制电路板来说，工作层面可以分为 大类， 信号层 内部电源接地层 内部电源 接地层 机械层 主要用来放置物理边界和放置尺寸标注等信息，起到相应 机械层 的提示作用。 软件可以供应 层的机械层。 防护层 包括锡膏层和阻焊层两大类。锡膏层主要用于将外表贴 防护层 元器件粘贴在 上，阻焊层用于防止焊锡镀在不应 该焊接的地方。 印层 在 板的 和 层外表绘制元器件的外观 丝印层 轮廓和放置字符串等。例如元器件的标识、标称值等以及 放置厂家标记，消费日期等。同时也是印制电路板上用来 焊接元器件位置的根据，作用是使
2、 板具有可读性， 便于电路的安装和修理。 其他工作层 制止布线层 其他工作层 钻孔导引层 钻孔图层 复合层 、 元器件封装 是实际元器件焊接到 板时的焊接位置及焊接形态，包括了实际元器件的外形尺寸， 所占空间位置，各管脚之间的间距等。 元器件封装是一个空间的功能，对于不同的元器件可以有一样的封装，同样一样功能的 元器件可以有不同的封装。因此在制作 板时必需同时知道元器件的名称和封装形 式。 元器件封装分类 通孔式元器件封装， 外表贴元件封装 另一种常用的分类方法是从封装外形分类： 单列直插封装 双列直插封装 塑料引线芯片载体封装 塑料四方扁平封装 小尺寸封装 薄型小尺寸封装 塑料针状栅格阵列封
3、装 塑料球栅阵列封装 芯片级封装 () 元器件封装编号 编号原那么：元器件类型引脚间隔 或引脚数元器件外形尺寸 例如 常见元器件封装 等。 电阻类 一般电阻 ,其中 表示元件引脚间的间隔 ； 可变电阻类元件封装的编号为 , 其中 表示元件的类别。 电容类 非极性电容 编号 ,其中 表示元件引脚间的间隔 。 极性电容 编号 ， 表示元件引脚间的间隔 ， 表示元件的直径。 二极管类 编号 ,其中 表示元件引脚间的间隔 。 晶体管类 器件封装的形式多种多样。 集成电路类 单列直插封装 双列直插封装 塑料引线芯片载体封装 塑料四方扁平封装 小尺寸封装 薄型小尺寸封装 塑料针状栅格阵列封装 塑料球栅阵列
4、封装 芯片级封装 、 铜膜导线 是指 上各个元器件上起电气导通作用的连线， 它是 设计中最重要的 部分。对于印制电路板的铜膜导线来说，导线宽度和导线间距是衡量铜膜导线的重要指 标，这两个方面的尺寸是否合理将干脆影响元器件之间能否实现电路的正确连接关系。 印制电路板走线的原那么： 走线长度：尽量走短线，特别对小信号电路来讲，线越短电阻越小，干扰越小。 走线形态：同一层上的信号线变更方向时应当走 的斜线或弧形，防止 的拐 角。 走线宽度和走线间距：在 设计中，网络性质一样的印制板线条的宽度要求尽量一 致，这样有利于阻抗匹配。 走线宽度 通常信号线宽为： ，() 电源线一般为 在条件允许的范围内，尽
5、量加宽电源、地线 宽度，最好是地线比电源线宽，它们的关系是：地线电源线信号线 焊盘、线、过孔的间距要求 ： ： ： ： 密度较高时： ： ： ： ： 、 焊盘和过孔 引脚的钻孔直径引脚直径 引脚的焊盘直径钻孔直径 板设计技巧 设计 板的三大主要工作：、集成库的制作 、布局 、布线 布局设计 、布局规划 的美观 布局要符合 可制造性 要根据电路的单元电路功能进展布局 特别元件的布局 元器件封装的选择 检查布局 一般工程师的做法：布局 自动布线 调整布局，如此反复，直到布局根本满足为止。 、手工布局的一般步骤和原那么 、元器件的操作技巧 无论是在布局过程中，还是在布线过程中，对元器件的操作都很频繁
6、。 选择元器件、对其元器件 在原理图编辑器中，选择须要操作的元器件，此时在 编辑器中该元器件就以高 亮的形式显示出来。 快捷键 ()锁定元器件 在 编辑器中，选中该元器件，单击右键， 双击该元器件，选中 ()元器件组合的操作 元器件的整体编辑 拼版技巧 布线 、 布线的根本学问 、 布线的根本操作 查找、选中网络布线 单击左侧抽屉式面板 ，查找网络 选中网络，实时高亮 左键 铜膜导线的挪动 切割导线 快捷键 层的操作 、 切换层 、 单击左下角 ，可以进展 板层的设计 、 单击 编辑器下方各层按钮，出现一个下拉菜单，可以进展诸如高亮显示该层 ，隐藏该层 等内容的设置。 华为 布局原那么 、 根
7、据构造图设置板框尺寸，按构造要素布置安装孔、接插件等须要定位的器件，并给这 些器件赐予不行挪动属性。 按工艺设计标准的要求进展尺寸标注。 . 根据构造图和消费加工时所须的夹持边设置印制板的制止布线区、制止布局区域。根据 某些元件的特别要求，设置制止布线区。 . 综合考虑 性能和加工的效率选择加工流程。 加工工艺的优选依次为：元件面单面贴装元件面贴、插混装元件面插装焊接面贴装一 次波峰成型双面贴装元件面贴插混装、焊接面贴装。 、布局操作的根本原那么 . 遵照“先大后小，先难后易的布置原那么，即重要的单元电路、核心元器件应当优先布局 . 布局中应参考原理框图，根据单板的主信号流向规律支配主要元器件
8、 . 布局应尽量满足以下要求:总的连线尽可能短， 关键信号线最短;高电压、 大电流信号及小 电流，低电压的弱信号完全分开;模拟信号及数字信号分开；高频信号及低频信号分开；高 频元器件的间隔要充分 . 一样构造电路部分，尽可能承受“对称式标准布局； . 根据匀整分布、重心平衡、版面美观的标准优化布局； . 器件布局栅格的设置，一般 器件布局时，栅格应为 ,小型外表安装器件，如 外表贴装元件布局时，栅格设置应不少于 。 . 如有特别布局要求，应双方沟通后确定。 . 同类型插装元器件在 或 方向上应朝一个方向放置。同一种类型的有极性分立元件也 要力争在 或 方向上保持一样，便于消费和检验。 . 发热
9、元件要一般应匀整分布，以利于单板和整机的散热，除温度检测元件以外的温度敏 感器件应远离发热量大的元器件。 . 元器件的排列要便于调试和修理，亦即小元件四周不能放置大元件、需调试的元、器件 四周要有足够的空间。 . 需用波峰焊工艺消费的单板，其紧固件安装孔和定位孔都应为非金属化孔。当安装孔需 要接地时, 应承受分布接地小孔的方式及地平面连接。 . 焊接面的贴装元件承受波峰焊接消费工艺时， 容件轴向要及波峰焊传送方向垂直， 阻 阻、 排及 间距大于等于 元器件轴向及传送方向平行； 间距小于 )的 、 等有源元件防止用波峰焊焊接。 . 及相邻元件的间隔 。其它贴片元件互相间的间隔 ；贴装元件焊盘的外
10、 侧及相邻插装元件的外侧间隔 大于 ； 有压接件的 ， 压接的接插件四周 内不能 有插装元、器件，在焊接面其四周 内也不能有贴装元、器件。 . 去耦电容的布局要尽量靠近 的电源管脚，并使之及电源和地之间形成的回路最短。 . 元件布局时,应适当考虑运用同一种电源的器件尽量放在一起, 以便于将来的电源分隔。 . 用于阻抗匹配目的阻容器件的布局，要根据其属性合理布置。 串联匹配电阻的布局要靠近该信号的驱动端，间隔 一般不超过 。 匹配电阻、 电容的布局确定要分清信号的源端及终端， 对于多负载的终端匹配确定要在信号 的最远端匹配。 . 布局完成后打印出装配图供原理图设计者检查器件封装的正确性，并且确认
11、单板、背板 和接插件的信号对应关系，经确认无误前方可开始布线。 布线 布线是整个 设计中最重要的工序。这将干脆影响着 板的性能好坏。在 的设 计过程中，布线一般有这么三种境界的划分：首先是布通，这时 设计时的最根本的要 求。假设线路都没布通，搞得到处是飞线，那将是一块不合格的板子，可以说还没入门。其 次是电器性能的满足。这是衡量一块印刷电路板是否合格的标准。这是在布通之后，细致调 整布线，使其能到达最正确的电器性能。接着是美观。假设你的布线布通了，也没有什么影响 电器性能的地方，但是一眼看过去杂乱无章的，加上五彩缤纷、花花绿绿的，那就算你的电 器性能怎么好，在别人眼里还是垃圾一块。这样给测试和
12、修理带来极大的不便。布线要整齐 划一， 不能纵横交织毫无章法。 这些都要在保证电器性能和满足其他个别要求的状况下实现， 否那么就是舍本逐末了。布线时主要按以下原那么进展： 一般状况下，首先应对电源线和地线进展布线，以保证电路板的电气性能。在条 件允许的范围内，尽量加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽，它们的关系是：地线 电源线信号线，通常信号线宽为：，最细宽度可达 ，电源线 一般为 。对数字电路的 可用宽的地导线组成一个回路, 即构成一个地网来 运用模拟电路的地那么不能这样运用 预先对要求比较严格的线如高频线进展布线，输入端及输出端的边线应避 免相邻平行，以免产生反射干扰。必要时应加地线隔
13、离，两相邻层的布线要互相垂直，平行 简洁产生寄生耦合。 振荡器外壳接地，时钟线要尽量短，且不能引得到处都是。时钟振荡电路下面、 特别高速逻辑电路部分要加大地的面积，而不应当走其它信号线，以使四周电场趋近于零； 尽可能承受 的折线布线，不行运用 折线，以减小高频信号的辐射； 要 求高的线还要用双弧线 任何信号线都不要形成环路，如不行防止，环路应尽量小；信号线的过孔要尽 量少； 关键的线尽量短而粗，并在两边加上疼惜地。 通过扁平电缆传送敏感信号和噪声场带信号时，要用“地线信号地线的方式 引出。 关键信号应预留测试点，以便利消费和修理检测用 原理图布线完成后，应对布线进展优化；同时，经初步网络检查和
14、 检查无 误后，对未布线区域进展地线填充，用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方 都及地相连接作为地线用。或是做成多层板，电源，地线各占用一层。 的 板布线规那么 对于 的设计， 供应了详尽的 种不同的设计规那么，这些设计规那么那么 包括导线放置、导线布线方法、元件放置、布线规那么、元件挪动和信号完好性等规那么。 根据这些规那么， 进展自动布局和自动布线。很大程度上，布线是否胜利和 布线的质量的上下取决于设计规那么的合理性，也依靠于用户的设计阅历。 对于详细的电路可以承受不同的设计规那么， 假设是设计双面板， 许多规那么可以承受 系统默认值，系统默认值就是对双面板进展布线的设置。 本
15、章将对 的布线规那么进展讲解。 设计规那么设置 进入设计规那么设置对话框的方法是在 电路板编辑环境下，从 的主 菜单中执行菜单嘱咐 ，系统将弹出如图 所示的 ( 设计规那么和约束 ) 对话框。 图 设计规那么和约束对话框 该对话框左侧显示的是设计规那么的类型，共分 类。左边列出的是 ( 设计规那么 ) ，其中包括 电气类型 布线类型 、 、 外表粘着元件类型规那么等等，右边那么显示对应设计规那么的设置属性。 该对话框左下角有按钮 ，单击该按钮，可以对同时存在的多个设计规那么 设置优先权的大小。 对这些设计规那么的根本操作有：新建规那么、删除规那么、导出和导入规那么等。可以在 左边任一类规那么上
16、右击鼠标，将会弹出如 所示的菜单。 在该设计规那么菜单中， 是新建规那么； 是删除规那么； 是将规那么导出，将以 为后缀名导出到文件中； 是从文件中导入 规那么； 选项，将当前规那么以报告文件的方式给出。 图 设计规那么菜单 下面，将分别介绍各类设计规那么的设置和运用方法。 电气设计规那么 电气设计规那么是设置电路板在布线时必需遵守，包括平安间隔 、短 路允许等 个小方面设置。 平安间隔 选项区域设置 平安间隔 设置的是 电路板在布置铜膜导线时，元件焊盘和焊盘之间、焊盘和 导线之间、导线和导线之间的最小的间隔 。 下面以新建一个平安规那么为例，简洁介绍平安间隔 的设置方法。 在 上右击鼠标，从
17、弹出的快捷菜单中选择 选项， 如图 所示。 图 新建规那么 系统将自动当前设计规那么为准，生成名为 的新设计规那么，其设置对话 框如图 所示。 图 新建 设计规那么 在 选项区域中选定一种电气类型。在这里选 定 单项选择项，同时在下拉菜单中选择在设定的任一网络名。在右边 中出现 字样，其中括号里也会出现对应的网络名。 同样的在 选项区域中也选定 单项选择项， 从下拉菜单中选择另外一个网络名。 在 选项区域中的 文本框里输入 。这里 为英制单位， , 。文中其他位置的 也代表同样的 长度单位。 单击 按钮，将退出设置，系统自动保存更改。 设计完成效果如图 所示。 图 设置最小间隔 短路选项区域设
18、置 短路设置就是否允许电路中有导线穿插短路。 设置方法同上， 系统默认不允许短路， 即取消 复选项的选定，如图 所示。 图 短路是否允许设置 未布线网络选项区域设置 可以指定网络、检查网络布线是否胜利，假设不胜利，将保持用飞线连接。 未连接收脚选项区域设置 对指定的网络检查是否全部元件管脚都连线了。 布线设计规那么 布线设计规那么主要有如下几种。 导线宽度选项区域设置 导线的宽度有三个值可以供设置， 分别为 最大宽度 、 最正确宽度 最小宽度三个值，如图 所示。系统对导线宽度的默 、 认值为 ，单击每个项干脆输入数值进展更改。这里承受系统默认值 设置导 线宽度。 图 设置导线宽度 . 布线拓扑
19、选项区域设置 拓扑规那么定义是承受的布线的拓扑逻辑约束。 中常用的布线约束为统 计最短逻辑规那么，用户可以根据详细设计选择不同的布线拓扑规那么。 供应 了以下几种布线拓扑规那么。 ( 最短 ) 规那么设置 最短规那么设置如图 所示，从 下拉菜单中选择 选项，该选项的 定义是在布线时连接全部节点的连线最短规那么。 图 最短拓扑逻辑 程度规那么设置 程度规那么设置如图 所示，从 下拉菜单中选择 选基。它承受 连接节点的程度连线最短规那么。 图 程度拓扑规那么 垂直规那么设置 垂直规那么设置如图 所示，从 下拉菜单中选择 选项。它采和 是连接全部节点，在垂直方向连线最短规那么。 图 垂直拓扑规那么
20、简洁雏菊规那么设置 简洁雏菊规那么设置如图 所示， 下拉菜单中选择 选项。 从 它承受的是运用链式连通法那么，从一点到另一点连通全部的节点，并使连线最短。 图 简洁雏菊规那么 雏菊中点规那么设置 雏菊中点规那么设置如图 所示，从 下拉菜单中选择 选项。该规那么选择一个 源点 ，以它为中心向左右连通全部的节点，并使连线 最短。 图 雏菊中点规那么 雏菊平衡规那么设置 雏菊平衡规那么设置如图 所示，从 下拉菜单中选择 选 项。 它也选择一个源点， 将全部的中间节点数目平均分成组， 全部的组都连接在源点上， 并使连线最短。 图 雏菊平衡规那么 星形规那么设置 星形规那么设置如图 所示，从 下拉菜单中
21、选择 选项。该规 那么也是承受选择一个源点，以星形方式去连接别的节点，并使连线最短。 图 星形规那么 . 布线优先级别选项区域设置 该规那么用于设置布线的优先次序，设置的范围从 ，数值越大，优先级越高， 如图 所示。 图 布线优先级设置 . 布线图选殴区域设置 该规那么设置布线板导的导线走线方法。包括顶层和底层布线层，共有 个布线层 可以设置，如图 所示。 图 布线层设置 由于设计的是双层板，故 到 都不存在的，该选项为灰色 不能运用，只能运用 和 两层。每层对应的右边为该层的布线走 法。 供应了 种布线走法，如图 所示。 图 种布线法 各种布线方法为： 该层不进展布线； 该层按程度方向布 线
22、 该层为垂直方向布线； 该层可以随意方向布线； 该层为按一点 钟方向布线； 该层为按两点钟方向布线； 该层为按四点钟方向布线； 该层为按五点钟方向布线； 该层为向上 方向布线、 该层为向下 方法布线； 该层以扇形方式布线。 对于系统默认的双面板状况，一面布线承受 方式另一面承受 方式。 拐角选项区域设置 布线的拐角可以有 拐角、 拐角和圆形拐角三种，如图 所示。 图 拐角设置 从 上拉菜单栏中可以选择拐角的类型。如图 中 文本框用于设 定拐角的长度。 文本框用于设置拐角的大小。对于 拐角如图 所示，圆形 拐角设置如图 所示。 图 拐角设置 图 圆形拐角设置 导孔选项区域设置 该规那么设置用于设
23、置布线中导孔的尺寸，其界面如图 所示。 图 导孔设置 可以调协的参数有导孔的直径 和导孔中的通孔直径 ， 包 括 最大值 最小值和 最正确值 、 。设置时需注 意导孔直径和通孔直径的差值不宜过小，否那么将不宜于制板加工。相宜的差值在 以上。 阻焊层设计规那么 阻焊层设计规那么用于设置焊盘到阻焊层的间隔 ，有如下几种规那么。 阻焊层延长量选项区域设置 该规那么用于设计从焊盘到阻碍焊层之间的延长间隔 。 在电路板的制作时， 阻焊层要 预留一部分空间给焊盘。这个延长量就是防止阻焊层和焊盘相重叠，如图 所示 系统默认值为 设置预为设置延长量的大小。 图 阻焊层延长量设置 外表粘着元件延长量选项区域设置
24、 该规那么设置外表粘着元件的焊盘和焊锡层孔之间的间隔 ，如图 所示，图中 的 设置项为设置延长量的大小。 图 外表粘着元件延长量设置 内层设计规那么 内层设计规那么用于多层板设计中，有如下几种设置规那么。 电源层连接方式选项区域设置 电源层连接方式规那么用于设置导孔到电源层的连接， 其设置界面如图 所示。 图 电源层连接方式设置 图中共有 项设置项，分别是： 下拉列表：用于设置电源层和导孔的连接风格。下拉列表中有 个选项可以选择： 发散状连接 干脆连接和 、 不连接 。工程制板中多承受发散状连接风格。 文本框：用于设置导通的导线宽度。 复选项：用于选择连通的导线的数目，可以有 条或者 条导 线
25、供选择。 文本框：用于设置空隙的间隔的宽度。 文本框：用于设置从导孔到空隙的间隔之间的间隔 。 . 电源层平安间隔 选项区域设置 该规那么用于设置电源层及穿过它的导孔之间的平安间隔 ， 即防止导线短路的最小距 离，设置界面如图 所示，系统默认值 。 图 电源层平安间隔 设置 敷铜连接方式选项区域设置 该规那么用于设置多边形敷铜及焊盘之间的连接方式，设置界面如图 所示。 图 敷铜连接方式设置 该设置对话框中 、 和 的设置及 选项设置意义一样，在此不同志赘述。 最终可以设定敷铜及焊盘之间的连接角度，有 ( ) 和 角两种方式可选。 测试点设计规那么 测试点设计规那么用于设计测试点的形态、用法等，
26、有如下几项设置。 测试点风格选项区域设置 该规那么中可以指定测试点的大小和格点大小等，设置界面如图 所示。 图 测试点风格设置 该设置对话框有如下选项： 文本框为测试点的大小， 文本框为测试点的导孔的大小，可以 指定 最小值 最大值和 最优值 、 。 文本框：用于设置测试点的网格大小。系统默认为 大小。 复选项： 用于选择是否允许将测试点放置在元 件下面。复选项 、 等选择可以将测试点放置在哪些层面上。 右边多项复选项设置所允许的测试点的放置层和放置次序。 系统默认为全部规那么都 选中。 测试点用法选项区域设置 测试点用法设置的界面如图 所示。 图 测试点用法设置 该设置对话框有如下选项： 复
27、选项：用于设置是否可以在同一网络上允许 多个测试点存在。 选项区域中的单项选择项选择对测试点的处理，可以是 ( 必需处理 ) 、 无效的测试点和 可无视的测试点 。 电路板制板规那么 电路板制板规那么用于对电路板制板的设置，有如下几类设置： . 最小焊盘环宽选项区域设置 电路板制作时的最小焊盘宽度， 即焊盘外直径和导孔直径之间的有效期值， 系统默 认值为 。 导线夹角设置选项区域设置 对于两条铜膜导线的交角，不小于 。 导孔直径设置选项区域设置 该规那么用于设置导孔的内直径大小。可以指定导孔的内直径的最大值和最小值。 下拉列表中有两种选项： 以确定尺寸来设计， 以相对的比例来设计。 承受确定尺
28、寸的导孔直径设置对话框如图 所示 以 为单位 。 图 导孔直径设置对话框 运用板层对选项区域设置 在设计多层板时，假设运用了盲导孔，就要在这里对板层对进展设置。对话框中的 复选取项用于选择是否允许运用板层对 设置。 本章中，对 供应的 种布线规那么进展了介绍，在设计规那么中介绍了每 条规那么的功能和设置方法。 这些规那么的设置属于电路设计中的较高级的技巧， 它设计到 许多算法的学问。驾驭这些规那么的设置，就能设计出高质量的 电路。 双面板布线技巧 一 双面板布线技巧 在当今猛烈竞争的电池供电市场中，由于本钱指标限制，设计人员经常运用双面板。尽 管多层板( 层、 层及 层) 方案在尺寸、噪声和性
29、能方面具有明显优势，本钱压力却 促使工程师们重新考虑其布线策略，承受双面板。在本文中，我们将探讨自动布线功能 的正确运用和错误运用， 有无地平面时电流回路的设计策略， 以及对双面板元件布局的 建议。 自动布线的优缺点以及模拟电路布线的考前须知 设计 时，往往很想运用自动布线。通常，纯数字的电路板(尤其信号电平比较 低，电路密度比较小时)承受自动布线是没有问题的。但是，在设计模拟、混合信号或 高速电路板时，假设承受布线软件的自动布线工具，可能会出现一些问题，甚至很可能 带来严峻的电路性能问题。 例如，图 中显示了一个承受自动布线设计的双面板的顶层。此双面板的底层如 图 所示，这些布线层的电路原理
30、图如图 和图 所示。设计此混合信号电路板时， 经细致考虑，将器件手工放在板上，以便将数字和模拟器件分开放置。 承受这种布线方案时，有几个方面须要留意，但最费事的是接地。假设在顶层布地 线，那么顶层的器件都通过走线接地。器件还在底层接地，顶层和底层的地线通过电路板 最右侧的过孔连接。 当检查这种布线策略时， 首先觉察的弊端是存在多个地环路。 另外， 还会觉察底层的地线返回途径被程度信号线隔断了。 这种接地方案的可取之处是， 模拟 器件( 位 转换器 和 参考电压源 )放在电路板的最右侧， 这种布局确保了这些模拟芯片下面不会有数字地信号经过。 图 和图 所示电路的手工布线如图 、图 所示。在手工布
31、线时，为确保正确 实现电路，须要遵循一些通用的设计准那么：尽量承受地平面作为电流回路；将模拟地平 面和数字地平面分开；假设地平面被信号走线隔断，为降低对地电流回路的干扰，应使 信号走线及地平面垂直； 模拟电路尽量靠近电路板边缘放置， 数字电路尽量靠近电源连 接端放置，这样做可以降低由数字开关引起的 效应。 这两种双面板都在底层布有地平面， 这种做法是为了便利工程师解决问题， 使其可 快速明了电路板的布线。厂商的演示板和评估板通常承受这种布线策略。但是，更为普 遍的做法是将地平面布在电路板顶层，以降低电磁干扰。 图 承受自动布线为图 所示电路原理图设计的电路板的顶层 图 承受自动布线为图 所示电
32、路原理图设计的电路板的底层 图 图 、图 、图 和图 中布线的电路原理图 图 图 、图 、图 和图 中布线的模拟部分电路原理图 有无地平面时的电流回路设计 对于电流回路，须要留意如下根本事项： . 假设运用走线，应将其尽量加粗。 上的接地连接如要考虑走线时，设计应将走线尽量加粗。这是一个好的阅历 法那么，但要知道，接地线的最小宽度是从今点到末端的有效宽度，此处“末端指间隔 电 源连接端最远的点。 . 应防止地环路。 . 假设不能承受地平面，应承受星形连接策略 (见图 )。 通过这种方法，地电流独立返回电源连接端。图 中，留意到并非全部器件都有自 己的回路， 和 是共用回路的。如遵循以下第 条和
33、第 条准那么，是可以这样做 的。 . 数字电流不应流经模拟器件。 数字器件开关时，回路中的数字电流相当大，但只是瞬时的，这种现象是由地线的 有效感抗和阻抗引起的。对于地平面或接地走线的感抗部分，计算公式为 ， 其中 是产生的电压， 是地平面或接地走线的感抗， 是数字器件的电流变更， 是持续时间。对地线阻抗部分的影响，其计算公式为 , 其中， 是产生的电压， 是地平面或接地走线的阻抗， 是由数字器件引起的电流变更。经过模拟器件的地平 面或接地走线上的这些电压变更，将变更信号链中信号和地之间的关系(即信号的对地 电压)。 . 高速电流不应流经低速器件。 及上述类似， 高速电路的地返回信号也会造成地
34、平面的电压发生变更。 此干扰的计 算公式和上述一样，对于地平面或接地走线的感抗， ；对于地平面或接地走 线的阻抗， 。及数字电流一样，高速电路的地平面或接地走线经过模拟器件时， 地线上的电压变更会变更信号链中信号和地之间的关系。 图 承受手工走线为图 所示电路原理图设计的电路板的顶层 图 承受手工走线为图 所示电路原理图设计的电路板的底层 图 假设不能承受地平面，可以承受“星形布线策略来处理电流回路 图 分隔开的地平面有时比连续的地平面有效，图 )接地布线策略比图 ) 的接 地策略志向 . 不管运用何种技术，接地回路必需设计为最小阻抗和容抗。 . 如运用地平面，分隔开地平面可能改善或降低电路性
35、能，因此要慎重运用。分 开模拟和数字地平面的有效方法如图 所示。 图 中，精细模拟电路更靠近接插件，但是及数字网络和电源电路的开关电流隔分开 了。 这是分隔开接地回路的特别有效的方法， 我们在前面探讨的图 和图 的布线也采 用了这种技术。 二、 工程领域中的数字设计人员和数字电路板设计专家在不断增加， 这反映了行业 的开展趋势。尽管对数字设计的重视带来了电子产品的重大开展，但照旧存在，而且还 会始终存在一部分及模拟或现实环境接口的电路设计。 模拟和数字领域的布线策略有一 些类似之处，但要获得更好的结果时，由于其布线策略不同，简洁电路布线设计就不再 是最优方案了。本文就旁路电容、电源、地线设计、
36、电压误差和由 布线引起的电 磁干扰 ()等几个方面，探讨模拟和数字布线的根本相像之处及差异。 模拟和数字布线策略的相像之处 旁路或去耦电容 在布线时， 模拟器件和数字器件都须要这些类型的电容， 都须要靠近其电源引脚连 接一个电容，此电容值通常为 。系统供电电源侧须要另一类电容，通常此电容值 大约为 。 这些电容的位置如图 所示。电容取值范围为举荐值的 至 倍之间。但引脚 须较短，且要尽量靠近器件(对于 电容)或供电电源(对于 电容)。 在电路板上加旁路或去耦电容， 以及这些电容在板上的位置， 对于数字和模拟设计 来说都属于常识。但好玩的是，其缘由却有所不同。在模拟布线设计中，旁路电容通常 用于
37、旁路电源上的高频信号， 假设不加旁路电容， 这些高频信号可能通过电源引脚进入 敏感的模拟芯片。一般来说，这些高频信号的频率超出模拟器件抑制高频信号的实力。 假设在模拟电路中不运用旁路电容的话， 就可能在信号途径上引入噪声， 更严峻的状况 甚至会引起振动。 图 在模拟和数字 设计中，旁路或去耦电容()应尽量靠近器件放置。供 电电源去耦电容()应放置在电路板的电源线入口处。 全部状况下， 这些电容的引脚 都应较短 图 在此电路板上， 运用不同的路途来布电源线和地线， 由于这种不恰当的协作， 电路板的电子元器件和线路受电磁干扰的可能性比较大 图 在此单面板中，到电路板上器件的电源线和地线彼此靠近。此
38、电路板中电源 线和地线的协作比图 中恰当。电路板中电子元器件和线路受电磁干扰()的可能性 降低了 倍或约 倍 对于限制器和处理器这样的数字器件，同样须要去耦电容，但缘由不同。这些电容 的一个功能是用作 “微型电荷库。在数字电路中，执行门状态的切换通常须要很大的 电流。由于开关时芯片上产生开关瞬态电流并流经电路板，有额外的“备用电荷是有利 的。假设执行开关动作时没有足够的电荷，会造成电源电压发生很大变更。电压变更太 大， 会导致数字信号电平进入不确定状态， 并很可能引起数字器件中的状态机错误运行。 流经电路板走线的开关电流将引起电压发生变更， 电路板走线存在寄生电感， 可承受如 下公式计算电压的
39、变更： 其中， 电压的变更； 电路板走线感抗； 流经走线的电流变更； 电 流变更的时间。 因此，基于多种缘由，在供电电源处或有源器件的电源引脚处施加旁路(或去耦)电容是 较好的做法。 电源线和地线要布在一起 电源线和地线的位置良好协作， 可以降低电磁干扰的可能性。 假设电源线和地线配 合不当，会设计出系统环路，并很可能会产生噪声。电源线和地线协作不当的 设 计例如如图 所示。 此电路板上，设计出的环路面积为 。承受图 所示的方法，电路板上或电 路板外的辐射噪声在环路中感应电压的可能性可大为降低。 模拟和数字领域布线策略的不同之处 地平面是个难题 电路板布线的根本学问既适用于模拟电路， 也适用于
40、数字电路。 一个根本的阅历准 那么是运用不连续的地平面，这一常识降低了数字电路中的 (电流随时间的变更)效 应， 这一效应会变更地的电势并会使噪声进入模拟电路。 数字和模拟电路的布线技巧基 本一样，但有一点除外。对于模拟电路，还有另外一点须要留意，就是要将数字信号线 和地平面中的回路尽量远离模拟电路。 这一点可以通过如下做法来实现： 将模拟地平面 单独连接到系统地连接端， 或者将模拟电路放置在电路板的最远端， 也就是线路的末端。 这样做是为了保持信号途径所受到的外部干扰最小。 对于数字电路就不须要这样做， 数 字电路可容忍地平面上的大量噪声，而不会出现问题。 图 ()将数字开关动作和模拟电路隔
41、离，将电路的数字和模拟局部分开。 () 要 尽可能将高频和低频分开，高频元件要靠近电路板的接插件 图 在 上布两条靠近的走线，很简洁形成寄生电容。由于这种电容的存在， 在一条走线上的快速电压变更，可在另一条走线上产生电流信号 图 假设不留意走线的放置， 中的走线可能产生线路感抗和互感。这种寄生 电感对于包含数字开关电路的电路运行是特别有害的 元件的位置 如上所述，在每个 设计中，电路的噪声部分和“宁静部分(非噪声部分)要分隔 开。一般来说，数字电路“富含噪声，而且对噪声不敏感(因为数字电路有较大的电压 噪声容限)；相反，模拟电路的电压噪声容限就小得多。两者之中，模拟电路对开关噪 声最为敏感。在
42、混合信号系统的布线中，这两种电路要分隔开，如图 所示。 设计产生的寄生元件 设计中很简洁形成可能产生问题的两种根本寄生元件：寄生电容和寄生电感。 设计电路板时，放置两条彼此靠近的走线就会产生寄生电容。可以这样做：在不同的两 层，将一条走线放置在另一条走线的上方；或者在同一层，将一条走线放置在另一条走 线的旁边，如图 所示。在这两种走线配置中，一条走线上电压随时间的变更() 可能在另一条走线上产生电流。 假设另一条走线是高阻抗的， 电场产生的电流将转化为 电压。 快速电压瞬变最常发生在模拟信号设计的数字侧。 假设发生快速电压瞬变的走线靠 近高阻抗模拟走线，这种误差将严峻影响模拟电路的精度。在这种
43、环境中，模拟电路有 两个不利的方面：其噪声容限比数字电路低得多；高阻抗走线比较常见。 承受下述两种技术之一可以削减这种现象。 最常用的技术是根据电容的方程， 变更 走线之间的尺寸。要变更的最有效尺寸是两条走线之间的间隔 。应当留意，变量 在电 容方程的分母中， 增加，容抗会降低。可变更的另一个变量是两条走线的长度。在这 种状况下，长度 降低，两条走线之间的容抗也会降低。 另一种技术是在这两条走线之间布地线。 地线是低阻抗的， 而且添加这样的另外一 条走线将减弱产生干扰的电场，如图 所示。 电路板中寄生电感产生的原理及寄生电容形成的原理类似。 也是布两条走线， 在不 同的两层，将一条走线放置在另
44、一条走线的上方；或者在同一层，将一条走线放置在另 一条的旁边， 如图 所示。 在这两种走线配置中， 一条走线上电流随时间的变更 ()， 由于这条走线的感抗，会在同一条走线上产生电压；并由于互感的存在，会在另一条走 线上产生成比例的电流。 假设在第一条走线上的电压变更足够大， 干扰可能会降低数字 电路的电压容限而产生误差。 并不只是在数字电路中才会发生这种现象， 但这种现象在 数字电路中比较常见，因为数字电路中存在较大的瞬时开关电流。 为消退电磁干扰源的潜在噪声，最好将“宁静的模拟线路和噪声 端口分开。要 设法实现低阻抗的电源和地网络， 应尽量减小数字电路导线的感抗， 尽量降低模拟电路 的电容耦
45、合。 结语 数字和模拟范围确定后，慎重地布线对获得胜利的 至关重要。布线策略通常 作为阅历准那么向大家介绍， 因为很难在试验室环境中测试出产品的最终胜利及否。 因此， 尽管数字和模拟电路的布线策略存在相像之处， 还是要相识到并细致对待其布线策略的 差异。 三、寄生元件危害最大的状况 印刷电路板布线产生的主要寄生元件包括： 寄生电阻、 寄生电容和寄生电感。 例如： 的寄生电阻由元件之间的走线形成；电路板上的走线、焊盘和平行走线会产生寄 生电容；寄生电感的产生途径包括环路电感、互感和过孔。当将电路原理图转化为实际 的 时，全部这些寄生元件都可能对电路的有效性产生干扰。本文将对最费事的电 路板寄生元件类型 寄生电容进展量化， 并供应一个可清晰看到寄生电容对电路性能 影响的例如。 图